[發明專利]一種從超聲圖像中自動測量胎兒雙頂徑長度的圖像處理方法及處理系統

有效

• 申請號: 201711435550.6
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108186051B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 鄭末晶;丁紅;張新玲;張永;陳良旭;劉建平;鄭樂;王博源
• 申請（專利權）人: 珠海艾博羅生物技術股份有限公司
• 主分類號: A61B8/08
• 分類號: A61B8/08;A61B8/00
• 代理公司: 北京康思博達知識產權代理事務所(普通合伙) 11426
• 代理人: 劉冬梅;路永斌

1.一種從超聲圖像中自動測量胎兒雙頂徑長度的圖像處理方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

通過調用訓練模型對輸入圖像進行胎兒頭部區域檢測；若未能檢測到合格的胎兒頭部丘腦水平的橫切面圖像，則終止計算，或者讀入下一張圖像，繼續進行檢測；若檢測到合格的胎兒頭部丘腦水平的橫切面圖像，則進行顱骨邊緣及腦中線邊緣檢測步驟；

步驟0)，訓練模型的建立包括以下步驟：

子步驟1)，在系統運行之初，建立胎兒頭部區域標準圖像庫；

子步驟2)，采用方向梯度直方圖特征及Adaboost分類器算法，建立識別分類器，獲得訓練模型；分類器的訓練在測量系統搭建之前完成；系統運行時，調用訓練模型對輸入圖像進行胎兒頭部區域檢測；由標準圖像庫中選取訓練樣本，首先從超聲圖像中截取頭圍ROI圖像作為正樣本，從非ROI區域中隨機截取多副子圖作為負樣本；訓練得到分類器后，應用分類器進行胎兒頭圍區域的定位；ROI為感興趣區域；

方向梯度直方圖特征的提取步驟如下：

①將標準圖像劃分為若干個單元，每個單元為8*8個像素；為消除背景區域與超聲圖像的邊界處會形成穩定地梯度方向的影響，背景區域將以臨近區域的超聲圖像的灰度值進行填充；

②在每個單元內進行梯度統計，形成一維的加權梯度方向直方圖；其中，直方圖劃分為9級，劃分區間為0°～360°；

③將多個臨近的單元組合成一個block塊，求其梯度方向直方圖向量；

④采用L2-Norm with Hysteresis threshold方法進行歸一化，將直方圖向量中的最大值限制在0.2以下，然后再重新歸一化一次；

步驟1)，輸入待處理的超聲圖像；

步驟2)，獲取超聲圖像常規拍攝參數；

步驟2)包括以下子步驟：

步驟2.1)，對輸入的超聲圖像進行劃分，獲得刻度尺區域、圖像區域和圖像放大率區域；

步驟2.2)，獲取圖像刻度尺和圖像放大率，結合刻度尺及放大率求得圖像像素距離與實際距離的轉換關系；

步驟2.2)包括以下子步驟：

步驟2.2.1)，對刻度尺區域進行圖像截取，對截取的圖像進行二值化操作，并將該區域的圖像的每一行所有像素點的灰度值進行累加，得到累加值曲線，累加值曲線最大值對應的位置即為原刻度點對應位置，將相鄰累加值曲線波峰位置的縱坐標相減，獲得任意相鄰兩刻度點之間的像素距離或者上述距離的平均值δ；

步驟2.2.2)，截取圖像放大率區域，利用光學字符識別技術由圖像放大率區域獲得圖像放大率f；

步驟2.2.3)，結合刻度尺及放大率信息，求得圖像像素距離d與實際距離D的轉換關系，其中C為刻度尺單位刻度代表的實際物理尺寸；

步驟2.2)中還包括，在獲取圖像刻度尺和圖像放大率前，對刻度尺區域和圖像放大率區域進行銳化處理；

步驟3)，圖像邊緣增強：對圖像區域進行增強和去噪，使圖像邊緣即顱骨邊緣及腦中線邊緣清晰化；

步驟3)包括以下子步驟：

步驟3.1)，截取圖像區域，使用8方向增強算子對頭圍圖像進行增強：利用8個方向上9×9大小的模板與對應的頭圍圖像中每一個像素點(i,j)進行卷積運算，將8個方向上卷積運算后的最大值作為該像素點的灰度值；

步驟3.2)，采用一次高斯濾波，結合二值化操作和形態學開運算進行噪聲的去除；

步驟4)，生成雙頂徑值：對胎兒顱骨外緣進行擬合，求出擬合曲線，得到雙頂徑長度值；

步驟4)中，生成BPD值前，對圖像進行簡潔化處理，使用連通域搜索算法，并將連通域面積小于圖像面積的百分之一的區域內的像素灰度值置為背景灰度值，

對顱骨邊緣進行橢圓擬合，橢圓的短軸的2倍則對應胎兒頭部雙頂徑BPD的長度，通過圖像像素距離與實際距離的轉換關系，最終取得BPD的實際值，

步驟4)中，通過最小二乘法對顱骨邊緣進行橢圓擬合；根據極值原理結合橢圓約束條件確定橢圓方程一般式中各系數值，得到胎兒顱骨邊緣擬合曲線；根據胎兒顱骨邊緣擬合曲線即可得到雙頂徑的長度l_BPD；具體如下：

在平面坐標系中，橢圓方程的一般式為：

ax²+bxy+cy²+dx+ey+f＝0 (1)

其中，a、b、c、d、e、f分別表示橢圓方程的系數；x表示橢圓上點的橫坐標；y表示橢圓上點的縱坐標；

約束條件為：a+c＝1 (2)

通過確定式(3)的最小值確定方程(1)中各個系數的大小：

其中(x_i，y_i)為顱骨區域上的邊緣點坐標，n為抽取的邊緣點個數；

根據極值原理，當函數g取得極小值時，

結合約束條件，確定方程(1)中各個系數的大小，得到胎兒顱骨邊緣擬合曲線；

采用“外緣到外緣”的測量標準時，最終的測量結果需要進行修正，修正公式如下：

l_BPD＝2a’+t

其中，a’為上述擬合橢圓的短軸，t為頭骨邊緣的平均厚度。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟3)圖像邊緣增強處理之前，對輸入圖像進行胎兒頭部區域檢測，獲得合格的胎兒頭部丘腦水平的橫切面圖像；

合格的胎兒頭部丘腦水平的橫切面圖像標準為：

(i)胎兒頭部區域圖像應全部顯示，并且頭部區域占超聲圖像顯示區域的60％以上；

(ii)顯示為頭部丘腦水平橫切面圖像，顱骨邊緣圖像清晰；

(iii)腦中線圖像清晰且連接，僅在中間被透明隔腔和丘腦分隔；

(iv)兩側大腦半球對稱；

(v)不應看到小腦。